Более дешевый метод изготовления тканых дисплеев и умных тканей

Исследователи разработалиумный текстиль следующего поколения, включающий светодиоды, датчики, средства сбора и хранения энергии, который можно производить недорого, любой формы и размера, используя те же машины, которые используются для изготовления одежды, которую мы носим каждый день.

Международная группа под руководством Кембриджского университета ранее продемонстрировала, что тканые дисплеи можно изготавливать больших размеров, но эти более ранние примеры были изготовлены с использованием специализированного ручного лабораторного оборудования. Другие виды умного текстиля можно производить на специализированных предприятиях по производству микроэлектроники, но они очень дороги и производят большие объемы отходов.

Однако команда обнаружила, что гибкие дисплеи и умные ткани можно производить гораздо дешевле и экологичнее, переплетая электронные, оптоэлектронные, сенсорные и энергетические компоненты на тех же промышленных ткацких станках, которые используются для производства обычного текстиля. Их результаты, опубликованные в журнале Science Advances, демонстрируют, как умный текстиль может стать альтернативой более крупной электронике в таких секторах, как автомобилестроение, электроника, мода и строительство.

Несмотря на недавний прогресс в разработке умного текстиля, его функциональность, размеры и формы ограничены современными производственными процессами.

«Мы могли бы производить этот текстиль на специализированных предприятиях по производству микроэлектроники, но для этого потребуются миллиарды фунтов инвестиций», — сказал доктор Сангё Ли из инженерного факультета Кембриджа, первый автор статьи. «Кроме того, производство умного текстиля таким способом сильно ограничено, поскольку все должно быть изготовлено на тех же жестких пластинах, которые используются для изготовления интегральных схем, поэтому максимальный размер, который мы можем получить, составляет около 30 сантиметров в диаметре».

«Умный текстиль также ограничен из-за отсутствия практичности», — сказал доктор Луиджи Оккипинти, также из инженерного факультета, который возглавлял исследование. «Вы думаете о изгибе, растяжении и складывании, которым приходится выдерживать обычные ткани, и становится непросто обеспечить такую ​​​​же долговечность в умном текстиле».

В прошлом году некоторые из тех же исследователей показали, что если бы волокна, используемые в «умном» текстиле, были покрыты материалами, выдерживающими растяжение, они могли бы быть совместимы с традиционными процессами ткачества. Используя эту технику, они создали 46-дюймовый плетеный демонстрационный дисплей.

Теперь исследователи показали, что умный текстиль можно производить с использованием автоматизированных процессов без ограничений по размеру и форме. Несколько типов волоконных устройств, в том числе накопители энергии, светодиоды и транзисторы, были изготовлены, инкапсулированы и смешаны с обычными волокнами, синтетическими или натуральными, для создания умного текстиля путем автоматического ткачества. Волоконные устройства были соединены между собой методом автоматизированной лазерной сварки с использованием электропроводящего клея.

Все процессы были оптимизированы, чтобы минимизировать повреждение электронных компонентов, что, в свою очередь, сделало «умный текстиль» достаточно прочным, чтобы выдержать растяжение на промышленном ткацком станке. Метод инкапсуляции был разработан с учетом функциональности волоконных устройств, а механическая сила и тепловая энергия систематически исследовались для достижения автоматического плетения и лазерного соединения соответственно.

Исследовательская группа, работая в партнерстве с производителями текстиля, смогла изготовить тестовые образцы умного текстиля размером примерно 50x50 сантиметров, хотя их можно масштабировать до более крупных размеров и производить в больших объемах.

«Эти компании имеют хорошо зарекомендовавшие себя производственные линии с высокопроизводительными экструдерами для волокна и большими ткацкими станками, которые могут автоматически соткать квадратный метр текстиля», — сказал Ли. «Поэтому, когда мы вводим в этот процесс интеллектуальные волокна, в результате получается, по сути, электронная система, которая производится точно так же, как производятся другие текстильные изделия».

Исследователи говорят, что большие гибкие дисплеи и мониторы можно будет производить на промышленных станках, а не на специализированных предприятиях по производству электроники, что сделает их производство намного дешевле. Однако необходима дальнейшая оптимизация процесса.